(57)【要約】【課題】  大非対称な波形の交流電流や直流が重畳した交流電流の検出に好適なカレントトランス用磁心およびそれを用いたカレントトランスならびに電力量計を実現する。【解決手段】  一般式：Ｆｅ１00−ｘ-ａ-ｙ-ｃＭｘＣｕaＭ’ｙＸ’ｃ（原子％）で表され、式中、ＭはＣｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも一種の元素、Ｍ’はＶ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，ＴａおよびＷから選ばれた少なくとも一種の元素、Ｘ’はＳｉおよびＢから選ばれた少なくとも1種の元素を示し、ｘ，a，ｙおよびｃはそれぞれ３≦ｘ≦50、０．１≦ａ≦３、１≦ｙ≦１０、２≦ｃ≦３０を満足し、かつ７≦ｙ＋ｃ≦３０を満足する組成であり、組織の少なくとも一部または全部が平均粒径５０ ｎｍ以下の結晶粒からなる合金から構成されているカレントトランス用磁心である。【選択図】図１
2007299838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式：Ｆｅ１00−ｘ-zNiｘＸ’z（原子％）で表され、式中、Ｘ’はＳｉおよびＢから選ばれた少なくとも1種の元素を示し、ｘおよびｚはそれぞれ５≦ｘ≦３０、１４≦ｚ≦３０を満足する組成であるアモルファス合金から構成されており、前記アモルファス合金の８０００Ａｍ−１における磁束密度Ｂ８０００が１．２Ｔ以上、異方性磁界ＨＫが１５０Ａｍ−１以上、１２００Ａｍ−１以下の範囲、角形比ＢｒＢ8000-１が５％以下、５０Hz,０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μrが１０００以上４５００以下の範囲であることを特徴とするカレントトランス用磁心。
【請求項２】
アモルファス合金の５０Ｈｚ，１００Ａｍ−１における交流比初透磁率μra100と５０Ｈｚ，０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μra005との比μra100／μra005が、0.85≦μra100／μra005≦1.15の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のカレントトランス用磁心。
【請求項３】
Ｂ含有量が８原子％以上２５原子％以下であるアモルファス合金から構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカレントトランス用磁心。
【請求項４】
Si含有量が０．５原子％以上１７原子％以下である合金から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカレントトランス用磁心。
【請求項５】
Feの5原子％以下をＣｒ，Ｍｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ,Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｓｃ，白金属元素，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ,Ｙ，希土類元素，Ｎ，ＯおよびＳから選ばれた少なくとも一種の元素で置換したアモルファス合金から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカレントトランス用磁心。
【請求項６】
Ｘ’の５原子％以下をＣ，Ｇｅ，Ｇａ，Ａl，ＢｅおよびＰから選ばれた少なくとも一種の元素で置換したアモルファス合金から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のカレントトランス用磁心。
【請求項７】
外径が32ｍｍ以下、占積率が75％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のカレントトランス用磁心。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のカレントトランス用磁心と検出巻線を具備することを特徴とするカレントトランス。
【請求項９】
２３℃、定格電流範囲における位相差が５°以内、比誤差の絶対値が1％以内であることを特徴とする請求項８に記載のカレントトランス。
【請求項１０】
２３℃、定格測定電流の１／３の直流電流がバイアスされた条件下において位相差が5°以内、比誤差の絶対値が1％以内であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のカレントトランス。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載のカレントトランスを具備することを特徴とする電力量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非対称な波形の交流電流や直流が重畳した交流電流の検出に好適なカレントトランス用磁心およびそれを用いたカレントトランスならびに電力量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流の電流検出には、カレントトランス（ＣＴ）やホール素子を用いた電流センサが使用される。電流センサを使用する用途としては、漏電ブレーカ、電力量計やインバータの電流検出などがある。
電力量計は、現在日本では回転盤を用いたものが主流であるが、この方式では歪んだ電流の検出ができず、正確な電力のカウントができない。このため、電力計に関する規格が、歪み波形（半波整流波形）に適応した規格であるIEC1036に変更される予定である。これに伴い、現在の回転盤方式の電力量計は廃止され、カレントトランス(CT)、または、ホール素子を電流検出に用いた電力量計が適用される。インバータなどの用途においても電流センサは歪んだ波形の交番電流や直流が重畳した交番電流検出に重要な役割を果たしている。
【０００３】
ホール素子を用いた電流センサは、磁心にギャップを形成しギャップ部にホール素子を配置し、測定電流の流れる導線を磁心閉磁路内に貫通させ、ギャップ部に発生した電流にほぼ比例した磁界をホール素子で検出することにより電流検出を行う。
カレントトランス（ＣＴ）は一般的には一つの閉磁路磁心に２次巻線を比較的多いターン数巻き、１次線（測定電流の流れる線）は閉磁路内を貫通させて使用する。図１にカレントトランス（CT）型電流センサの構成を示す。磁心の形状はリング型や組コア型があるが、リング型巻磁心に巻線した方式が、形状の小型化や漏洩磁束を低減可能であり理論動作に近い性能を実現できる。
【０００４】
貫通電流I0が交流電流でありRL＜＜２πｆ・L2の条件で理想的な場合の出力電流iは、（式１）i=I0/n(n:２次巻線数)、となり、出力電圧E0は、（式２）E0=I0・RL/n(R:負荷抵抗)、となる。実際には、磁心材の損失や漏洩磁束などの影響を受けて、出力電圧E0は理想値よりも低下する。カレントトランスの感度とはE0/I0に相当するが、実際にはこの値は一次、二次の結合係数によって決定される。結合係数をKとすれば、（式３）E0=I0・RL・K/n(K:結合係数)、となる。
理想的なカレントトランスでは、結合係数Ｋは１となるが、実際のカレントトランスでは巻線の内部抵抗、負荷抵抗に要する励磁電流、漏洩磁束、透磁率の非直線性等の影響により、K=0.95〜0.99程度の値となる。RLが100Ω以下では、ほぼこの程度の値を示す。Kの値は磁路内にギャップがあると低下するので、ギャップの無いトロイダル磁心が結合度の最も高い理想的なカレントトランスを実現できる。K値は断面積Sが大きいほど、２次巻線数nが多い程、負荷抵抗RLが小さいほど１に近づく。このK値は貫通電流I0によっても変化し、特にI0が100mA以下の微少電流の場合、透磁率の低い材料ではK値は低下する傾向を示すため、微少電流を高精度で測定しなければならない場合は、透磁率の高い磁心材料が用いられる。
【０００５】
比誤差は電流値の精度を表し、各測定点における理想値と実測値の誤差比率のことであり、結合係数特性は、比誤差特性と関連する。位相差は波形の精度を表し、測定原波形に対する出力波形の位相ずれを表す。カレントトランス出力は通常進み位相となる。この2つの特性は、積算電力計などに使用されるカレントトランスにとって特に重要な特性である。
このため、微少電流を測定する必要のあるカレントトランスでは、結合係数Kを高めて比誤差を小さくし、位相差を小さくするため、初透磁率が高いパーマロイなどの材料がカレントトランスに用いられる。カレントトランスの最大貫通電流I0maxはリニアリティが確保される最大電流であり、負荷抵抗や内部抵抗だけでなく、使用されている磁心材料の磁気特性に影響される。大電流まで測定可能とするためには、磁心材料の飽和磁束密度はできるだけ高い方が望ましい。
【０００６】
カレントトランスに使用されている磁心材料としては珪素鋼、パーマロイ、アモルファス合金やＦｅ基ナノ結晶合金材料等が知られている。珪素鋼板は、材料が安価で磁束密度が高いが、透磁率が低くヒステリシスが大きく、電流により発生する磁界に対して振幅透磁率の変動が大きく、比誤差や位相差が大きく、その値も変動するため、精度が高いカレントトランス実現が困難であるという問題がある。また、残留磁束密度が大きいため、半波電流など非対称の電流に対しては正確な電流測定が困難である。
Ｃｏ基アモルファス合金は、磁界に対して振幅透磁率の変動が小さく、ヒステリシスも小さいため非対称の電流を検出するカレントトランスＣＴとして優れた特性を示す。また、透磁率が１５００程度と低いＣｏ基アモルファス合金も開発されており、直流バイアスがかかっている電流検出用CTに使用されている。しかし、Ｃｏ基アモルファス合金の飽和磁束密度は１ Ｔ以下であり大電流測定に対応する、あるいはサイズを小さくするためには十分とは言えず、熱的にも不安定であるという問題がある。このため、大きな電流がバイアスされる場合、電流測定が制約を受け、小型化や安定性の面で必ずしも十分でないという問題がある。また、コスト的にも高価なＣｏを多量に含むために不利である。
【０００７】
一方、Ｆｅ基アモルファス合金は、Ｃｏ基アモルファス合金に比べると振幅透磁率の磁界に対する変化が大きいため、カレントトランスに用いた場合に比誤差や位相差の変動が大きいという問題や透磁率が高いため半波電流など非対称の電流に対しては正確な電流測定が困難であるという問題がある。カレントトランス用Ｆｅ基アモルファス合金磁心の具体的な合金例としては、約70-80原子％のＦｅとＦｅの約２０原子％までをＣｏ、Ｆｅの３原子％までをＮｉ、Ｍｎ、Ｖ、ＴｉあるいはＭｏで置換、１３−３０原子％のＢ，Ｓｉ、Ｃからなる群から選ばれた元素を含む合金が開示されている。しかしながら、これらの合金は小径の巻磁心に使用した場合、磁気特性の熱処理依存性も大きいため、安定した特性を実現するのが難しい課題があり、一般の家庭用の積算電力計に用いられるカレントトランス用として量産性が課題である。
【０００８】
Ｆｅ基ナノ結晶合金は高透磁率で優れた軟磁気特性を示すため、コモンモ−ドチョ−クコイル、高周波トランス、パルストランス等の磁心に使用されている。代表的組成系は特公平４-４３９３号公報や特開平１-２４２７５５号公報に記載のＦｅ-Ｃｕ-(Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ)-Ｓｉ-Ｂ系合金やＦｅ-Ｃｕ-(Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ)-Ｂ系合金等が知られている。これらのＦｅ基ナノ結晶合金は、通常液相や気相から急冷し非晶質合金とした後、これを熱処理により微結晶化することにより作製されている。Ｆｅ基ナノ結晶合金はこれらの方法により作製した非晶質合金を微結晶化したもので、Ｆｅ系アモルファス合金と同程度の高い飽和磁束密度と低磁歪で優れた軟磁気特性を示すことが知られている。Ｆｅ基ナノ結晶材料は、特許文献１、特許文献２や、特許文献３に電流センサ（変流器（カレントトランス））として好適なことが記載されており、漏電ブレーカや積算電力計などに適することが記載されている。
【特許文献１】特開平１−２３５２１３号公報（第２頁右上欄１６行目〜左下欄１７行目、図１２）
【特許文献２】特開平５−２０３６７９号公報（（００１２）〜（００１３）、図１）
【特許文献３】特表２００２-５３０８５４号公報（（０００１），（００１４））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ホール素子を用いた電力量計用の電流センサの欠点としては、ギャップがあるため漏洩磁束が発生し、周辺に影響を及ぼす可能性があること、逆に周辺からの漏洩磁束の影響を受けやすいこと、精度良く測定可能な電流範囲がカレントトランスに比べて狭く、感度を高くできないことなどが挙げられる。また、カレントトランスでは、２次側に使用する抵抗値を変えることにより、測定可能な電流範囲を変えることができるため、同じCTで仕様の異なる電力量計に対応可能であるが、ホール素子タイプは測定可能な電流範囲に応じて設計しさねばならないため、設計製作を含めたコストダウンの点で不利である。
【００１０】
積算電力計などに使用されているカレントトランス用磁心としては、従来は比較的透磁率の高いパーマロイ等の材料を用いた磁心が使われてきたが、近年電力の自由化がはじまり、従来の正負対称な電流や電圧波形ではなく、非対称な電流波形や歪んだ電流波形でも、正確に電力を測定することが要求されるようになってきている。更に、使用目的により直流電流が重畳するような場合にも正確に交番電流測定を可能とすることも要求されている。このような要求に対して、電流を検出するためのカレントトランス用磁心には残留磁束密度が低く、ヒステリシスが小さく直線性の良い磁化曲線を示す比較的異方性磁界Ｈｋの大きい磁心材料を用いたものが必要である。
【００１１】
しかしながら、従来のカレントトランス用磁心では、特に直流がバイアスされた場合、磁心の飽和により十分な電流検出ができないという課題があった。カレントトランスを半波正弦波電流など正負が対称でない電流に対応する場合、バイアスがかかった状態にも対応させる場合、直流がバイアスされた状態においても電流検出が可能なカレントトランスが必要となる。従来のＦｅ基アモルファス軟磁性合金磁心は飽和磁束密度は高いが、特に小径で占積率が高い磁心に使用した場合、振幅透磁率の磁界に対する変化が大きく、直流がバイアスされるような用途で使用されるカレントトランスには量産性に問題がある。Fe-Co系アモルファス合金では、Co量の増加によりB-Hループが傾斜して来るが、B-Hループの直線性はあまり十分では無く、Co量を増加させ透磁率を800未満まで低くしないとB-Hループの直線性の良好なものは得られない。しかし、このような特性では、透磁率が低すぎ、位相角や比誤差が大きくなりすぎるため、カレントトランスに使用する場合問題がある。Ｃｏ基アモルファス磁性合金磁心を用いたものは比較的大きな直流電流がバイアスされる用途に適用できることが知られているが、飽和磁束密度が高いものでも1Ｔ程度でＨＫを大きくするためには制限があり、小型化や測定電流範囲が必ずしも十分でないという課題や熱的に不安定であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題点を解決するために本発明者らは、鋭意検討の結果、一般式：Ｆｅ１00−ｘ-zNiｘＸ’z（原子％）で表され、式中、Ｘ’はＳｉおよびＢから選ばれた少なくとも1種の元素を示し、ｘおよびｚはそれぞれ５≦ｘ≦３０、１４≦ｚ≦３０を満足する組成であり、８０００Ａｍ−１における磁束密度Ｂ８０００が１．２Ｔ以上、異方性磁界ＨＫが１５０Ａｍ−１から１２００Ａｍ−１の範囲、角形比ＢｒＢ8000-１が５％以下、５０Hz,０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μrが１０００以上４５００以下であるアモルファス合金から構成されていることを特徴とする磁心が、非対称波形や直流がバイアスされた電流検出用のカレントトランスに使用した場合に優れた特性を示すことを見出し、本発明に想到した。
ここで、異方性磁界ＨＫは、図２に示す磁心の磁化困難軸方向のB-Hループの異方性に関連する磁界に相当する。
【００１３】
本発明に係わる合金において、Fe及びNiは必須の元素である。Feは磁束密度向上に効果があり、Niは角形比の低減、異方性磁界Hkの調整、交流比初透磁率の調整および１次側導線中を流れる電流により発生する磁界に対する振幅透磁率の変動を小さくする効果がある。また、Ｎｉを含有することにより、アモルファス合金表面の面粗さが改善されるため、Ｎｉを含むことは占積率向上やヒステリシス低減にも効果がある。Ｎｉの含有量ｘは５≦ｘ≦３０である必要がある。Ｎｉの含有量ｘが５原子％未満では、異方性が小さく、異方性磁界Ｈｋが小さく、振幅比透磁率の変動が大きく好ましくない。Ｎｉの含有量ｘは１０原子％以上であるとさらに好ましい磁気特性が得られる。Ｎｉの含有量ｘが３０原子％を超えると、磁束密度の著しい低下を招き好ましくない。Ｎｉの含有量ｘは２５原子％以下であるとさらに好ましい磁気特性が得られる。
【００１４】
本発明に係わる合金において、Ｘ‘はＳｉおよびＢから選ばれた少なくとも１種の元素であり、アモルファス形成に効果がある。Ｘ‘の含有量ｚが１４原子％未満ではアモルファス形成が困難となり好ましくなく、Ｘ‘の含有量ｚが３０原子％を超えると飽和磁束密度の著しい低下や、合金の著しい脆化を招き好ましくない。
【００１５】
本発明磁心は、５０Ｈｚ，１００Ａｍ−１における交流比初透磁率μra100と５０Ｈｚ，０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μra005との比μra100／μra005が、0.85≦μra100／μra005≦1.15の範囲の特性が容易に得られ、カレントトランスに用いた場合、位相角や比誤差の１次電流に対する変動を小さくできるためカレントトランス用磁心に好適である。
【００１６】
本発明磁心において、Ｂ含有量が８原子％以上２５原子％以下であるアモルファス合金から構成されている場合、広幅アモルファス合金薄帯の製造時に結晶形成が起きにくく、カレントトランスのばらつきが小さく好ましい結果が得られる。また、Si含有量が０．５原子％以上１７原子％以下である合金から構成されている場合、熱的安定性向上や耐蝕性改善の効果があり、より好ましい結果が得られる。
【００１７】
本発明に係わる合金において、Feの5原子％以下をＣｒ，Ｍｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ,Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｓｃ，白金属元素，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ,Ｙ，希土類元素，Ｎ，ＯおよびＳから選ばれた少なくとも一種の元素で置換することができる。これらの元素で置換することにより、耐食性を向上したり、異方性、磁歪などの磁気特性を調整でき、カレントトランスの信頼性向上、使用目的に合わせて特性の調整を行なえる。
【００１８】
また、本発明に係わる合金において、Ｘ’の５原子％以下をＣ，Ｇｅ，Ｇａ，Ａl，ＢｅおよびＰから選ばれた少なくとも一種の元素で置換することができる。これらの元素で置換することにより、アモルファス形成能を向上したり、異方性、磁歪などの磁気特性を調整でき、カレントトランスのばらつき低減に寄与できる。
【００１９】
特に磁心の外径が32ｍｍ以下、占積率75％以上である場合、従来のカレントトランス用Fe基アモルファス磁心よりも、１次側導線中を流れる電流により発生する磁界に対する振幅透磁率の変動が小さく、カレントトランスとして１次電流に対する位相角や比誤差の変動を小さくできるため、好ましい結果が得られる。
【００２０】
本発明カレントトランス用磁心は、前記組成の合金溶湯を単ロ−ル法等の超急冷法により急冷し、アモルファス合金薄帯を作製後、これを必要に応じてスリット加工し、リング状に巻き回し巻磁心形状とする加工を行い、昇温して熱処理を行い作製する。熱処理前のアモルファス合金薄帯は結晶相を含まない方が望ましいが一部に結晶相を含んでも良い。単ロール法などの超急冷法は活性な金属を含まない場合は大気中で行うことが可能であるが、活性な金属を含む場合はＡｒ，Ｈｅなどの不活性ガス中あるいは減圧中で行う。また、窒素ガス、一酸化炭素あるいは二酸化炭素ガスを含む雰囲気で製造する場合もある。合金薄帯の表面粗さは小さい方が望ましく、表面粗さＲａは5μｍ以下が望ましい。特に望ましいのは２μｍ以下である。
【００２１】
熱処理は通常はアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウム等の不活性ガス中あるいは真空中で行う。熱処理期間の少なくとも一部の期間合金が飽和するのに十分な強さの磁界を印加して磁界中熱処理を行い、誘導磁気異方性を付与する。印加する磁界は薄帯の幅方向(巻磁心の高さ方向)に印加し、磁界の強さは８ｋＡｍ−１以上で磁心が磁気的に飽和する強さとする。印加する磁界は、直流、交流、繰り返しのパルス磁界のいずれを用いても良い。磁界は２００℃以上の温度領域で通常２０分以上印加し、昇温中、一定温度に保持中および冷却中も印加した方が角形比も小さくなり、B-Hループの直線性も向上し、位相角や比誤差の小さいカレントトランスが実現できる。角形比Ｂｒ Ｂ8000-１が５％以下に調整した場合に応用上も好ましい結果が得られる。特に角形比Ｂｒ Ｂ8000-１が３％以下の場合、積算電力計用カレントトランスとしてより好ましい特性が得られる。ここで、Ｂ8000は８０００ Ａｍ-1の磁界を印加した際の磁束密度である。これに対して、無磁界で熱処理し、磁界中熱処理を適用しない場合は、カレントトランスとしての性能が著しく劣化する。熱処理は通常露点が−３０℃以下の不活性ガス雰囲気中で行うことが望ましく、露点が−６０℃以下の不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うと、ばらつきが小さくより好ましい結果が得られる。熱処理の際の最高到達温度は結晶化温度未満であり、通常２５０℃から５００℃の範囲である。一定温度に保持する熱処理パターンの場合は、一定温度での保持時間は通常は量産性の観点から２４時間以下であり、好ましくは４時間以下である。保持する熱処理温度は、より好ましくは300℃から450℃の範囲である。熱処理の際の平均昇温速度は、好ましくは０．１℃／ｍｉｎから100℃／ｍｉｎ、より好ましくは０．１℃／ｍｉｎから50℃／ｍｉｎ、平均冷却速度は好ましくは０．１℃/ｍｉｎから5０℃/ｍｉｎ、より好ましくは０．１℃/ｍｉｎから１０℃/ｍｉｎであり、この範囲で特にリニアリティが良好なB-Hループが得られ、位相差が小さく比誤差変化が小さいカレントトランスが実現する。熱処理は１段ではなく多段の熱処理や複数回の熱処理を行うこともできる。磁心のサイズが大きい場合や多量に磁心を熱処理する場合は、ゆっくりとした速度で昇温する方が好ましい結果が得られる。これは、磁心サイズが大きい場合、昇温速度が速すぎると磁心の温度が不均一になり膨張差により局所的に応力が発生し特性が劣化させたり、合金磁心の各部分の熱処理に差が生じ十分な特性が得られなくなる恐れがあるためである。更には、合金に直流、交流あるいはパルス電流を流して合金を発熱させ熱処理することもできる。
【００２２】
本発明カレントトランス用磁心は、使用する際に通常は絶縁性のコアケースに入れて使用される。これは、磁心に応力が発生し、特性劣化するのを防ぐためであり、ケースと磁心間にグリースを入れたり、柔らかいフェルトなどをはさむ場合もある。
【００２３】
本発明カレントトランス用磁心に係わる合金は必要に応じてＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等の粉末あるいは膜で合金薄帯表面を被覆する、化成処理により表面処理し絶縁層を形成する、アノード酸化処理により表面に酸化物絶縁層を形成し層間絶縁を行う等の処理を行うと、高周波成分を含む電流測定の際も精度良く電流測定ができるためより好ましい結果が得られる。更に、本発明磁心を作製する際に必要に応じて含浸やコーティング等を行うことも可能であるが、特性の劣化を防ぐためフェノール樹脂などのケースに磁心を挿入し応力がかからない状態とし、カレントトランスにする場合は検出巻線を巻く。本発明磁心は直流がバイアスされるカレントトランス用磁心として最も性能を発揮する。歪み波形に適応した規格であるＩＥＣ1036に対応した積算電力計用カレントトランスの用途にも好適である。
【００２４】
もう一つの本発明は、前記カレントトランス用磁心と検出巻線を具備したカレントトランスである。本発明磁心からなるカレントトランスは、半波波形の電流計測や直流がバイアスされる場合の電流計測などにおいても、位相差や、比誤差が小さく補正が容易で精度良い電流測定が可能である。本発明カレントトランスは、測定する電流仕様に応じて抵抗を検出巻線に取り付け使用する場合がある。本発明カレントトランスは検出巻線ごと樹脂でモールドし使用される場合もある。
【００２５】
本発明カレントトランスは、コア寸法や検出巻線を適切に選ぶことにより２３℃、定格電流範囲における位相差が５°以内、比誤差の絶対値が1％以内の特性を実現することができる。
【００２６】
本発明カレントトランスは特に直流電流が重畳された場合においても特性を発揮でき、２３℃、定格測定電流の１／３の直流電流がバイアスされた条件下において位相差が5°以内、比誤差の絶対値が1％以内であるものが実現できる。更に、従来のパーマロイやＣｏ基アモルファス合金を使用したカレントトランスよりも温度特性に優れている。誤差を補正する回路を使用すると更に計測精度を向上することができる。
本発明カレントトランスから構成された電力量計は、歪み波形（半波整流波形）に適応した規格であるIEC1036にも対応できるため、今後電力自由化が進み、歪んだ電流波形の電力測定が必要とされる場合でも、高精度の電力量計を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、非対称な波形の交流電流や直流が重畳した交流電流の検出に好適なカレントトランス用磁心およびそれを用いたカレントトランスならびに電力量計を実現することができるため、その効果は著しいものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明を実施例にしたがって説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
Ｆｅ82-xＮｉxＳｉ２Ｂ16（原子％）の合金溶湯を単ロ−ル法により急冷し、幅5ｍｍ厚さ２２μｍのアモルファス合金薄帯を得た。このアモルファス合金薄帯を外径３０ｍｍ、内径２１ｍｍに巻回し、トロイダル磁心を作製した。
作製した磁心を窒素ガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、磁界中熱処理を行った。熱処理の際、合金磁心の磁路と垂直方向（合金薄帯の幅方向）、すなわち磁心の高さ方向に２８０ｋＡｍ−１の磁界を印加した。熱処理前後の合金はＸ線回折の結果、結晶ピークは認められず、アモルファス相単相であることが確認された。
次に、このＦｅ82-xＮｉxＳｉ２Ｂ16（原子％）合金磁心の8000 A m-1における磁束密度B8000、角形比Br B8000-1、保磁力Hc、比透磁率μr、異方性磁界Hkを測定した。また、５０Ｈｚ，１００Ａｍ−１における交流比初透磁率μra100と５０Ｈｚ，０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μra005とを測定し、その比μra100／μra005を求めた。図３にＦｅ82-xＮｉxＳｉ２Ｂ16（原子％）合金磁心の8000 A m-1における磁束密度B8000、図４に角形比Br B8000-1、図５に50 Hz, 0.05Am-1における交流比初透磁率μr、図６に異方性磁界Hk、図7に５０Ｈｚ，１００Ａｍ−１における交流比初透磁率μra100と５０Ｈｚ，０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μra005との比μra100／μra005を示す。本明磁心のＢ８０００は、Ｎｉ量ｘが３０原子％までは１．１Ｔ以上の比較的高い値を示す。角形比Br B8000-1は、Ｎｉ量ｘが５原子％以上３０原子％以下の範囲で５％以下の低い値を示す。50 Hz, 0.05Am-1における交流比初透磁率μrは、Ｎｉ量ｘの増加に伴い減少する。μra100／μra005は、Ｎｉ量ｘが５原子％未満では０．８５未満となり、磁界に対する透磁率変化が大きいが、Ｎｉ量ｘが５原子％以上では０．８５よりも大きく１．１５以下の値を示し、磁界に対する透磁率変化が小さい。このため、カレントトランスの磁心に適用した場合、測定電流に対する位相角や比誤差が単調な変化をするため、補正しやすく好ましいことが解る。
ｘが３０原子％を超えるとμrは１０００未満となる。他方、異方性磁界Hkは、Ｎｉ量ｘの増加に伴い増加する。Ｎｉ量ｘが５原子％以上で150Ａ/ｍ以上、50原子％で1500Ａ／ｍの値を示す。又、Ｎｉ量ｘが１５原子％超で５００Ａ/ｍ以上の値を示す。
次に、ｘ＝１０原子％の磁心を用いて2500ターンの検出巻線を施し、カレントトランスを作製し、負担抵抗なしの状態で一次導線に５０Hz、30Aの電流を流し、２３℃における位相差と比誤差の絶対値を測定した。更に、5Aの直流電流を重畳し電流測定が可能かについて確認を行った結果を表１に示す。本発明磁心は、位相差4°以下、比誤差の絶対値１％以下と小さく、直流が重畳されても電流測定可能であり、カレントトランスとして優れた特性を示す。なお、Ni量ｘが３０％を超えると磁束密度が低下し、透磁率も低くなるためＣｏ基アモルファス合金に対して優位性が失われた。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
（実施例２）
表２に示す組成の合金溶湯をAr雰囲気中で単ロ−ル法により急冷し、幅５ｍｍ厚さ２３μｍのアモルファス合金薄帯を得た。このアモルファス合金薄帯を外径２２ｍｍ、内径１８ｍｍに巻回し、本発明磁心を作製した。この合金磁心に実施例１と同様な熱処理を行い、その後磁気測定を行った。熱処理後の合金はＸ線回折の結果アモルファス状態であることが確認された。比較のため、本発明外のＦｅ基アモルファス合金磁心についても評価した。次にこれらの磁心を用いてカレントトランスを作製し、２３℃における定格電流の位相差と比誤差の絶対値を測定した。表２に磁束密度B8000、角形比Br B8000-1、比透磁率μr、異方性磁界Hk、定格電流の位相差と比誤差の絶対値を示す。また、ピーク値が25Ａの半波正弦波電流測定の可否を示す。
本発明磁心は位相差や比誤差の絶対値が小さくカレントトランスとして使用可能であり、特に直流がバイアスされる場合にもカレントトランスとして使用可能であるために、積算電力計用カレントトランスや産業用カレントトランスなど、幅広い分野のカレントトランスに使用可能である。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
（実施例３）
Ｆｅ73.53Ｎｉ10Ｂ15.68Ｓｉ0.79（原子％）の合金溶湯を単ロ−ル法により急冷し、幅５ｍｍ厚さ２３μｍのアモルファス合金薄帯を得た。このアモルファス合金薄帯を外径３０ｍｍ、内径１５ｍｍに巻回し、トロイダル磁心を作製した。
作製した磁心を窒素ガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、磁界中熱処理を行った。熱処理の際、合金磁心の磁路と垂直方向（合金薄帯の幅方向）、すなわち磁心の高さ方向に２８０ｋＡｍ−１の磁界を印加した。熱処理後の合金は、Ｘ線回折の結果結晶ピークは認められず、アモルファス単相であることが確認された。
次に、この合金の8000 A m-1における磁束密度B8000、角形比Br B8000-1、保磁力Hc、50Hz, 0.05A/mにおける比透磁率μr、異方性磁界Hk、５０Ｈｚ，１００Ａｍ−１における交流比初透磁率μra100と５０Ｈｚ，０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μra005を測定し、その比μra100／μra005を求めた。B8000は1.50T、角形比Br B8000-1は、1％、50Hz, 0.05A/mにおける比透磁率μrは２２００、異方性磁界Hkは690A/m、μra100／μra005は0.95であった。
次にこの磁心に２５００ターンの検出巻線を施しカレントトランスを作製した。カレントトランスの定格電流３０Ａでの２３℃における比誤差と位相差の絶対値はそれぞれ0.02％、0.28％であった。次に、本発明カレントトランスを用いて積算電力計を作製した。正負対称の正弦波上の交流だけでなく、半波波形の電流に対しても電力測定が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わるカレントトランス（CT）型電流センサの構成例を示した図である。
【図２】本発明に係わる磁心の磁化困難軸方向のB-Hループと異方性磁界Hkの一例を示した図である。
【図３】本発明磁心に係わるＦｅ82-xＮｉxＳｉ２Ｂ16（原子％）の合金の8000 A m-1における磁束密度B8000を示した図である。
【図４】本発明磁心に係わるＦｅ82-xＮｉxＳｉ２Ｂ16（原子％）の合金の角形比Br B8000-1を示した図である。
【図５】本発明磁心に係わるＦｅ82-xＮｉxＳｉ２Ｂ16（原子％）の合金の合金の50 Hz, 0.05Am-1における交流比透磁率μrを示した図である。
【図６】本発明磁心に係わるＦｅ83-xＣｏx.Ｃｕ１Ｎｂ７Ｓｉ1Ｂ8（原子％）合金の異方性磁界Hkを示した図である。
【図７】本発明磁心に係わるＦｅ83-xＣｏx.Ｃｕ１Ｎｂ７Ｓｉ1Ｂ8（原子％）合金の５０Ｈｚ，１００Ａｍ−１における交流比初透磁率μra100と５０Ｈｚ，０．０５Ａｍ−１における交流比初透磁率μra005の比μra100／μra005を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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